《关于控制基坑石方爆破对临近基础混凝土质量安全影响的探索》

关于控制基坑石方爆破对临近基础混凝土质量安全影响的探索源动力QC小组第17页共14页关于控制基坑石方爆破对临近基础混凝土质量安全影响的探索小组名称：源动力QC小组课题类型：创新型撰稿人：王智慧河南省第二建设集团有限公司申报时间：二0一五年十一月二十日目录一、工程概况………02二、小组概况………02三、选择课题………03四、设定目标………03五、提出多种方案并确定最佳方案………………04六、制订对策………10七、按对策表实施…………………10八、效果检查………12九、巩固措施……………………13十、总结和今后的打算……………13

一、工程概况华能能罗源电厂规划容量为2×660MW＋4×1000MW。本期建设2×660MW高效超超临界燃煤发电机组，同步建设脱硫、脱硝装置，并留有扩建条件，是首台60万等级侧煤仓塔式炉。项目于2015年04月开工，计划2017年04月、2017年06月各投产一台。工程由山东电力工程咨询院有限公司设计，北京中城建建设监理有限公司监理。厂址位于福建省罗源县碧里乡将军帽村区域，场地东、南、西三面临海，北面与半岛相连，自然地形复杂，土石方工程量大。土石方开挖量达549万m3，石方爆破量超过450万m3，需外运土石方505万m3。建（构）筑物基础的持力层为微风化花岗岩。现场场平及基坑爆破施工从2013年12月开始，至2015年05月现场只有#1锅炉建筑工程、#1前烟道支架、侧煤仓基坑移交土建施工，集中控制楼、#1主厂房、GIS配电装置楼等基坑及#2机区域正在场平和基坑爆破开挖，爆破作业工程量任然很大，爆破作业施工仍需10个月左右时间。我公司承建主厂房及部分BOP建筑工程（14号标段），主要包括主厂房、侧煤仓、锅炉建筑工程、送（一次）风机基础及支架、汽机房A排外构筑物及架构、及水务中心等建筑工程。工程质量目标为确保整体工程质量获国家电力优质工程（高排序），争创国家优质工程金奖。二、小组概况1、小组概况小组名称源动力QC小组课题名称关于控制基坑石方爆破对临近基础混凝土质量安全影响的探索小组成立时间2015.05课题类型创新型小组活动时间2015年05月20日～2015年10月31日课题注册编号YEJ-KT-2015-02-01小组活动人数9人小组注册编号YEJ-2015-02-01制表人：王智慧制表日期：2015年05月20日2、小组成员简介序号姓名学历职称组内分工QC教育时间1张俊峰本科高级工程师指导顾问60小时2高志强大专工程师组长60小时3王智慧大专工程师副组长60小时4朱华本科助理工程师组员60小时5闫红辉本科助理工程师组员60小时6任钊华本科助理工程师组员60小时7张超凡本科助理工程师组员60小时8刘振博大专技术员组员60小时9任海大学工程师组员60小时制表人：王智慧制表日期：2015年07月01日三、选择课题本期工程#1机组基坑开挖已大部分完成，#2机组、附属工程基坑及区域外场平正在爆破开挖。场地爆破开挖过程中，#1锅炉建筑工程部分基础已进行了混凝土浇筑作业，且主厂房个别部位边坡较大。爆破是个特殊作业，爆破震动的影响也比较复杂，后续爆破开挖震动势必会对低龄期混凝土造成一定程度的影响。加之工程质量目标较高且业主高度重视，如果能处理好爆破震动对混凝土施工的影响，就可以优化施工顺序，缩短施工工期，并将产生较好的经济效益和社会效益。为此小组明确确定把《关于控制基坑石方爆破对临近基础混凝土质量安全影响的探索》作为本期活动课题。项目部相关技术人员以爆破试验为基础，以爆破监测信息为指导，采取合理有效的措施，再保证基坑爆破开挖和土建施工正常进行下，确保爆破开挖过程中不同龄期混凝土的质量安全，并取得良好的效果。四、设定目标1、目标值确认：①基础混凝土外观无明显缺陷，混凝土表面裂缝宽度小于1mm，且长度不大于1000mm；②临近基坑爆破完成后基础沉降量不超过5mm。2、目标可行性分析：针对我们设定的目标，结合现场实际情况，小组对QC课题的可行性进行分析，分析如下：不不利因素 工期紧、交叉作业多是电力工程的特点，爆破震动对相近基础混凝土的影响有多大，并无成熟的施工经验可借鉴，处理稍有不慎，就会造成基础混凝土“内伤”，造成质量事故或财产损失的严重后果。有利有利因素1、本小组拥有技术全面，善于总结经验和具有开拓精神的优秀工程技术管理人员及1、本小组拥有技术全面，善于总结经验和具有开拓精神的优秀工程技术管理人员及经验丰富的施工工人22、本公司企业管理基础工作好，员工质量意识较强，质量保证体系健全并为小组活动提供充足的人力、物力、财力。33、本公司近年来与多所大学和科研机构合作，是施工现场技术创新的后盾，同时公司领导给予了充分的支持。通过以上可行性分析，我们QC小组确定的目标是可以实现的。五、提出多种方案并确定最佳方案1、方案提出QC小组针对该问题进行了多次讨论,并广泛征集了集团公司内部及业主和监理单位现场技术人员的意见，提出了以下几种方案：方案一：先进行未完成的场平和基坑爆破作业，待完成后再进行基础混凝土施工。此方案能有效避免爆破作业和土建施工的交叉作业，能保证爆破作业和土建施工的最大工作效率，减少组织协调工作量，但是施工工期较长，不能满足电厂的施工工期要求。同时土建施工人员按建设单位要求已经进场，等待爆破作业完成会造成土建施工人员窝工和已进场材料及设备的费用增加。方案二：已开挖完基坑的先施工基础混凝土，待混凝土强度满足要求后，再进行爆破作业。此方案能部分缩短施工工期，并部分减少土建施工人员窝工。但降低了爆破作业效率，增加了爆破作业工期。同时组织协调工作量大幅增加，土建及爆破施工人员均出现窝工和已进场材料及设备的费用增加。方案三：根据爆破作业的爆心距、单响最大药量、相对高差及地形条件和混凝土龄期的关系，统一协调爆破作业和混凝土施工的先后顺序，确定爆破时间。此方案能大幅缩短施工工期，减少土建及爆破施工人员窝工和已进场材料及设备的费用。但协调爆破作业和土建施工的工作量加大，同时对爆破作业的施工要求提高。2、方案选定基坑爆破对相近基础混凝土影响采取三种方案综合评价得分表序号方案评价原则评价综合得分是否选用张俊峰高志强王智慧朱华闫红辉任钊华张超凡刘振博任海1方案一组织协调

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128不选施工工期△

△△◈△△经济性

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△预计成效△◐

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2方案二组织协调◐△△◐○△△◐◐95不选施工工期◐△◐△△◐◐◐△经济性

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△◐预计成效◐◐◐△△◐△◐◐3方案三组织协调△△◐△△△△△◐137可选施工工期◈◈◈◈◈◈◈◈◈经济性◈△

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△预计成效

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注：◈5分

4分△3分◐2分○1分制图人：王智慧制表日期：2015年06月09日通过对所提出来的三种方案进行比较，由于根据爆破作业的爆心距、单响最大药量、相对高差及地形条件和混凝土龄期的关系，统一协调爆破作业和混凝土施工的先后顺序，确定爆破时间的方案在现场组织协调、施工工期、经济性和预计成效上表现出经济合理安全性，最终确定选用方案三，即统一协调爆破作业和混凝土施工的先后顺序，确定爆破时间。3、方案进一步分析和细化小组为了有效达成目标，对方案三进行了分解，制定出方案分解图（图1）。统一协调爆破作业和混凝土施工的先后顺序统一协调爆破作业和混凝土施工的先后顺序，确定爆破时间控制爆破作业的质点振动速度控制爆破作业时间与混凝土浇筑的时间间歇控制爆破作业时间与混凝土浇筑的时间间歇图1方案分解图制图人：王智慧制图时间：2015年06月20日3.1控制爆破作业的质点振动速度鉴于场地环境复杂，开挖部位分布广泛。相对于锅炉房、电除尘、烟囱基础等部位高程，可将现场开挖区域分为三类：厂区东南部位高边坡开挖、循环水及汽机房部位台阶开挖、锅炉房基坑负挖等，分别就不同情况做了相应爆破试验。总体情况如下：距离及药量大致相同的条件下，厂前区山头及东南侧山包爆破时在浇筑混凝土各部位引起的质点振速比与混凝土结构基础同高程的部位低，且各部位对负挖爆破响应最为强烈。部分爆破试验，起爆网络分段不明显或未采用微差起爆网络。比如，高程为26m的台阶爆破时，采用的单响最大药量为72kg，在距离其95m高程为13m的烟囱部位测得最大振速为2.29cm/s，其如图2所示。高程为13m的台阶深孔爆破时，采用相同的爆破参数及爆破总药量，在距离爆源105m烟囱同一部位处测得最大振速为4.91cm/s，其波形如图3。图2典型波形图1、图3典型波形图2由典型波形图1可知，出现最大振速部位在中部，根据现场网络连接情况可以判定网络中有若干段同时起爆现象。由典型波形图2可知，爆破过程中各段位起爆顺序清晰明了，但仍有部分叠加现象。综上，爆破作业的质点振动与单响药量、爆心距、相对高差及相应的地形地质条件有关。为了有效控制爆破振动的影响，通过咨询相关专家，在临近区域的场平及基坑爆破根据距离的不同划分成三个控制区域：（1）特别控制区在距离基础混凝土边界R=10m~30m的周边开挖范围，采用浅孔爆破法；由于单响药量在几公斤内，而且一次爆破范围较小，不仅能够将爆破振动量控制在安全范围内，也有利于进行爆体覆盖；（2）严格控制区在30m~70m范围，采用中深孔钻爆方法。单孔药量控制在25kg以内；随着距离增加，视振动预估和实际振动监测情况，选择采用二孔或三孔一响；（3）一般控制区在70m以外的更广大区域，可采用台阶高度10~12m的深孔梯段爆破方法。单孔药量一般控制在60~80kg。在振动监测数据的反馈下，可以逐步采用二孔一响，以实现更高开挖效率的施工。3.2控制爆破作业时间与混凝土浇筑的时间间歇对于水电工程的新浇筑大坝混凝土，已经具有较为成熟的控制标准和方法，并且将其编入了相应的开挖规范和国家标准《爆破安全规程》；同时，近年来广泛采用地下厂房岩锚吊车梁的设计，作为一种混凝土结构，不同龄期的岩锚梁有不同的抗震能力，具体的控制方法是：对各龄期段的岩锚梁的爆破安全标准参照《爆破安全规程》（GB6722-2003）中规定的新浇混凝土允许质点峰值振动速度确定，在具体执行时，鉴于岩锚梁是地下厂房中关键建筑物之一，岩锚梁的安全是保证电站正常运行的前提条件，不同于一般的新浇混凝土，应从严控制质点峰值振动速度，预防爆破振动对岩锚梁产生不利影响。新混凝土允许爆破质点峰值振动速度表（2003）龄期（d）0～33～77～28安全质点峰值振动速度（cms-1）2～33～77～12在2011年编的新爆破安全规程修订征求意见稿中，针对爆破振动作用下的不同龄期新浇筑大体积混凝土的安全质点峰值振动速度值，提出了考虑频率因素的更为细化的控制标准爆破振动安全允许标准（2011，待颁布）序号保护对象类别安全允许质点振动速度V,(cm/s)f≤10Hz10Hz＜f≤50Hzf＞50Hz1一般民用建筑物1.5～2.02.0～2.52.5～3.02工业和商业建筑物2.5～3.53.5～4.54.2～5.03运行中的水电站及发电厂中心控制室设备0.5～0.60.6～0.70.7～0.94新浇大体积混凝土（C20）：龄期:初凝～3d龄期:3d～7d龄期:7d～28d1.5～2.03.0～4.07.0～8.02.0～2.54.0～5.08.0～10.02.5～3.05.0～7.010.0～12.0注1:表中质点振动速度为三分量中的最大值；振动频率为主振频率。注2：频率范围根据现场实测波形确定或按如下数据选取:硐室爆破f<20Hz；露天深孔爆破f=10～60Hz；露天浅孔爆破f=40～100Hz；地下深孔爆破f=30～100Hz；地下浅孔爆破f=60～300Hz。注3：爆破振动监测应同时测定质点振动相互垂直的三个分量。本电厂多数相关建筑物及设施采用现浇钢筋砼框排架结构体系，梁柱之间均为刚性连接框架，楼板采用钢梁-混凝土组合楼板结构；主厂房基础为现浇钢筋混凝土单独基础，汽轮发电机机座基础采用大板基础，锅炉房采用独立基础或局部的联合基础。结构构件混凝土强度等级：C30～C50；设备基础混凝土强度等级：C25～C30；素混凝土：C15～C30；基础垫层：C20。为此，在依据爆破安全规程对大体积混凝土安全振速的基础上，参考地下厂房岩锚吊车梁的控制标准，结合实际采用的钻爆基本方案，提出本工程如下的爆破振动安全控制标准：（1）在混凝土结构和基础混凝土浇筑的24个小时内，要求不得进行爆破；（2）在混凝土1~3龄期内，浅孔爆破按[V]=3.0cm/s，深孔爆破按[V]=2.5cm/s；（3）在混凝土3~7龄期内，浅孔爆破按[V]=4.0cm/s，深孔爆破按[V]=3.5cm/s；（4）在混凝土7~28龄期内，浅孔爆破按[V]=5.0cm/s，深孔爆破按[V]=5.5cm/s。4、确定最佳方案经过对方案的深入分析，小组确定了协调爆破作业和混凝土施工的最佳方案：（1）特别控制区（30m范围内）距离混凝土浇筑边界R<10m的开挖范围对于7天以上龄期混凝土当爆源位置比混凝土基础高3m以上时，采用小孔径（d=45mm）孔深2～4m的浅孔爆破法，单孔药量控制在（1～1.5）kg内，单孔单响；若采用大孔径（d=110mm），孔深控制应在2～3m内，装药量可控制在（1.5～2.0）kg内。对于3～7天龄期混凝土，应采用更小药量的爆破方案。例如，采用大孔径（d=110mm）装药时，孔深控制在1～1.5m内，将单孔药量控制在0.8～1kg。在此范围，混凝土浇筑后的3天内，不要进行钻爆施工。对于该范围的高差3m以下部位特别是低开挖部位的钻爆，要特别谨慎施工，钻孔深度和单孔药量减为80%。距离混凝土浇筑边界R=10～20m的开挖范围对于7d以上龄期混凝土，爆源位置比混凝土基础高3m以上时，采用小孔径（d=45mm）孔深3～4m的浅孔爆破法，单孔药量控制在2～2.5kg内，两孔一响时单孔药量不得高于2kg；采用大孔径（d=110mm）时，孔深控制在3m内，单孔装药量为2.0～3.0kg。对于其他更低部位的爆源，相应药量减为前者的60%～70%。对于3～7天龄期混凝土，爆源位置比混凝土基础高3m以上时，采用小孔径（d=45mm）孔深2～3m的浅孔爆破法，单孔药量控制在1～1.5kg内，单孔单响；采用大孔径（d=110mm），孔深在1.5～2m内，装药量可增加至1.5～2.5kg。1～3天龄期混凝土，不要进行此区域的爆破施工。若必须爆破施工，应采用更谨慎的爆破方案，如采用大孔径（d=110mm）装药，将孔深控制在2.0m以下，单孔药量控制在0.8～1kg内。必须结合监测数据及时调整装药量，当开挖成本较高时，建议提前挖除近距离部分。当开挖部位较低或高差较小时，相应距离部位药量减为原来的70%～80%。距离混凝土浇筑边界R=20～30m的开挖范围孔深控制在2～4m内，采用小孔径或大孔径（d=110mm），单孔装药量控制在3kg以内。比建筑物基础高4m以上，可考虑采用两孔一响或三孔一响的爆破方案。（2）严格控制区（30m至70m范围）采用孔径90mm或110mm、台阶高度5～7m的中深孔钻爆方法。单孔药量控制在25kg以内；随着距离增加，若两孔或三孔一响满足振动要求，可以采用。（3）一般控制区（70m以外范围）可采用孔径90mm或110mm、台阶高度8～12m的深孔梯段爆破方法。单孔药量一般控制在30～60kg。在主要部位进行混凝土浇筑后，特别控制区内一次浅孔爆破范围不要过大，根据监测数据，及时调整爆破参数。对于严格控制区和一般控制区，依据现场测得的振动数据，对装药量进行控制。六、制订对策QC小组成员对方案三的实施达成了共识，经讨论，认为方案实施过程中需重点控制3个主要方面的问题：一是爆破作业的爆心距及相对高差；二是爆破作业的单响最大药量；三是混凝土不同龄期的爆破作业质点振动速度。对策表序号项目对策目标措施地点完成时间责任人1爆破作业的爆心距及相对高差控制安排专人控制爆破作业与新浇筑混凝土的相对高差及距离爆心距及相对高差在合理的爆破施工作业范围内对爆破作业区域进行分区排序，排定爆破顺序及进度计划施工现场2015.08.20王智慧朱华闫红辉2单响最大药量控制安排专人跟踪检测单响最大药量不超过方案确定的控制量加强过程控制，尤其对孔深、孔径、装药量等指标进行控制施工现场2015.08.28任钊华刘振博3混凝土不同龄期的爆破质点振动速度的控制安排专人对每次爆破作业跟踪监测爆破质点振动速度控制在本工程的爆破振动安全控制标准内用爆破振动智能监测仪监测施工现场2015.09.10张超凡任海制表人：朱华制表日期：2015年09月20日七、按对策表实施根据制定的对策，小组全体成员在活动中及时、认真地进行了实施，严格落实各项对策：实施一：爆破作业的爆心距及相对高差控制根据图纸设计及现场爆破情况，先将厂区内未施工的爆破作业进行分区编号，再根据混凝土的浇筑顺序及分区控制爆破的原则排定爆破作业的顺序及进度计划。图4主厂房区域场平及基坑爆破顺序及进度计划实施效果：通过对爆破作业进行分区排序并制作施工进度计划，保证了特别控制区不进行爆破作业，严格控制区爆破作业不超过50%。实施二：单响最大药量控制爆破施工作业中，小组成员对爆破作业的孔径、孔深、单孔装药量进行检查，保证爆破作业符合控制要求。图5现场检查孔径实施效果：经过现场检查，单响药量控制在安全范围内。实施三：混凝土不同龄期的爆破质点振动速度的控制每次爆破作业过程中，安排专人采用爆破振动智能监测仪检测，保证爆破质点振动速度控制在本工程的爆破振动安全控制标准内。图6爆破振动智能监测仪图7现场监测爆破时质点振动速度实施效果：通过现场监测，爆破质点振动速度均在本工程爆破振动安全控制标准内。八、效果检查通过研究基坑爆破震动对相近基础混凝土的影响，确保混凝土质量安全的实施，本次QC小组活动达到了预期目标，取得了良好的效果。我们从目标完成情况、经济效益、社会效益三个方面进行分析调查。1、目标值的检查（1）小组成员对施工完毕的#1锅炉基础及#1前烟道支架基础进行随机抽查，共检查50处，未发现基础混凝土外观质量有一般缺陷。基础混凝土无深层及贯穿裂缝，表面浅层裂缝5处，裂缝宽度均小于1mm且长度小于1000mm。（2）小组成员在#1锅炉基础及#1前烟道支架基础周围70m范围内基坑爆破作业完成后对#1锅炉基础及#1前烟道支架基础进行沉降观测，基础沉降量小于5mm。图8基础混凝土外观效果1图9基础混凝土外观效果22、经济效益通过开展本次创新型QC小组活动，优化了施工顺序，缩短施工工期，节省用工量，减少了窝